太陽能供電及發(fā)電一體化的變頻系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】發(fā)明名稱：太陽能供電及發(fā)電一體化的變頻系統(tǒng)本發(fā)明涉及太陽能供電及發(fā)電一體化的光伏應(yīng)用技術(shù)，具體為一種可以利用太陽能發(fā)電為負(fù)載供電的系統(tǒng)，而且多余的電能可以通過整流/回饋單元向電網(wǎng)饋電，在太陽能發(fā)電量不能滿足負(fù)載要求時(shí)，市電可以切入系統(tǒng)，為負(fù)載供電。該太陽能供電及發(fā)電一體化的變頻系統(tǒng)主要由太陽能電池板、匯流箱、控制單元、蓄電池、整流/回饋單元、逆變單元組成。本發(fā)明能夠充分利用太陽能發(fā)電為變頻系統(tǒng)供電，還可以將多余的太陽能輸入電網(wǎng)。通過市電的補(bǔ)充，也保證了變頻負(fù)載的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。本發(fā)明尤其適用于耗電量較大的變頻負(fù)載、電梯較多的高層建筑，是一種可再生新能源的新型應(yīng)用，拓廣了光伏發(fā)電的領(lǐng)域，提出了一種新型光伏發(fā)電的應(yīng)用方案。
【專利說明】太陽能供電及發(fā)電一體化的變頻系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光伏應(yīng)用技術(shù)，具體為一種利用太陽能供電及發(fā)電一體化的變頻系統(tǒng)，涵蓋了光伏技術(shù)、變頻技術(shù)、自動(dòng)化控制等方面的相關(guān)技術(shù)，尤其適用于變頻器(具有能量回饋單元)控制的電機(jī)拖動(dòng)類系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)階段光伏發(fā)電應(yīng)用多為太陽能發(fā)電站、太陽能路燈等。另外太陽能與市電互補(bǔ)系統(tǒng)目前也有很多產(chǎn)品，供電負(fù)載為專門設(shè)計(jì)的交直流通用設(shè)備。本系統(tǒng)將太陽能發(fā)電技術(shù)與變頻技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了供電與發(fā)電一體化，對(duì)負(fù)載無特殊要求，直接嵌入原系統(tǒng)，簡化結(jié)構(gòu)，降低系統(tǒng)的整體成本，因此，是一種新型的光伏發(fā)電應(yīng)用方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的在于提供一種太陽能供電及發(fā)電一體化的變頻系統(tǒng)，提出了一種新的太陽能供電及發(fā)電一體化的應(yīng)用方案，將太陽能發(fā)電直接引入變頻器的直流母線，既可為逆變單元供電，又可向電網(wǎng)輸送多余的電能。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種太陽能供電及發(fā)電一體化的變頻系統(tǒng)，該太陽能供電及發(fā)電一體化的變頻系統(tǒng)由太陽能電池板、匯流箱、控制單元、蓄電池、整流/回饋單元、逆變單元組成。
[0005]所述的太陽能供電及發(fā)電一體化的變頻系統(tǒng)，三相交流電源通過交流接觸器后，連接到整流/回饋單元，接觸器的線圈連接控制單元的輸出控制端。
[0006]所述的太陽能供電及發(fā)電一體化的變頻系統(tǒng)，整流/回饋單元?jiǎng)恿斎霝槿嘟涣麟娫?，輸出為直流電。信?hào)部分具有啟?？刂戚斎肱c故障報(bào)警常閉點(diǎn)輸出?？梢詫⑷嘟涣麟娬鞒芍绷麟姡部梢詫⒅绷麟娔孀兂扇嘟涣麟?。
[0007]所述的太陽能供電及發(fā)電一體化的變頻系統(tǒng)，太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)換成直流電，采用串、并聯(lián)太陽能電池板使光伏組件的整體輸出電壓和電流滿足逆變單元的要求，最后通過匯流箱將直流電供給控制單元。
[0008]所述的太陽能供電及發(fā)電一體化的變頻系統(tǒng)，控制單元具有MPPT控制功能，將來自太陽能電池板的直流電存儲(chǔ)在蓄電池中，同時(shí)根據(jù)系統(tǒng)情況，將電能輸送給逆變單元。同時(shí)控制單元還根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)控制交流接觸器、整流/回饋單元、逆變單元的工作狀態(tài)，并且檢測整流/回饋單元、逆變單元的運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)它們故障后立即做出響應(yīng)。
[0009]所述的太陽能供電及發(fā)電一體化的變頻系統(tǒng)，逆變單元的直流輸入端為控制單元的直流輸出端和整流/回饋單元的直流輸出端兩者的并聯(lián)。逆變單元根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用要求，輸出電壓、頻率、電流都可變的三相交流電，驅(qū)動(dòng)電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速(頻率)下旋轉(zhuǎn)。逆變單元具有啟?？刂戚斎肱c故障報(bào)警常閉點(diǎn)輸出。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:
1.本發(fā)明是將太陽能供電、太陽能發(fā)電、市電供電、變頻系統(tǒng)結(jié)合到一起。目前電能緊張，太陽能發(fā)電將成為解決電能緊張的有效手段之一。本發(fā)明提出了一種新型的太陽能發(fā)電應(yīng)用方案，通過市電的補(bǔ)充，可以保證設(shè)備在太陽能發(fā)電不足的情況下，仍可以投入市電使負(fù)載繼續(xù)運(yùn)行；同時(shí)在太陽能發(fā)電過多時(shí)，將電能輸送給電網(wǎng)。
[0011]2.本發(fā)明使太陽能發(fā)電與市電供電在逆變單元前，以直流方式并聯(lián)，可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載的不間斷運(yùn)行。
[0012]3.本發(fā)明可應(yīng)用在電梯較多的建筑內(nèi)，控制電梯的變頻器若具有能量回饋功能，可省略太陽能發(fā)電系統(tǒng)的逆變單元，大大降低太陽能發(fā)電系統(tǒng)的成本。
[0013]4.本發(fā)明在現(xiàn)有的變頻控制系統(tǒng)中融入了太陽能發(fā)電這一新的技術(shù)，既提升了原有變頻控制系統(tǒng)的功能和價(jià)值，也擴(kuò)大了光伏發(fā)電應(yīng)用領(lǐng)域的范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖I為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
[0015]圖2為本發(fā)明接線電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]如圖I、圖2所示，本發(fā)明將太陽能電池板鋪設(shè)在建筑樓頂、樓體外側(cè)、廣場等日照時(shí)間較長的位置，傾角根據(jù)鋪設(shè)位置的經(jīng)緯度確定。
[0017]新建項(xiàng)目根據(jù)實(shí)際情況依照附圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)，改造項(xiàng)目增加部分設(shè)備，改造原電路即可。例如對(duì)于電梯控制系統(tǒng)(變頻器具備能量回饋功能)，僅增加太陽能電池板、匯流箱、控制單元、蓄電池，將控制單元輸出的直流電連接到變頻器的直流母線。使控制單元的輸出信號(hào)，可以控制變頻器交流輸入端的接觸器。
[0018]如圖2所示，本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)、原理和工作過程如下：
(一）電路結(jié)構(gòu)
市電部分電路設(shè)有空開、交流接觸器、整流/回饋單元，具體結(jié)構(gòu)如下：
三相380V電源（L1、L2、L3、N)首先連接到一個(gè)三相空開（QF1)，之后分成兩個(gè)支路，LI、N通過一個(gè)單相2P空開（QF2)，連接到控制單元的L、N端子，為控制單元供電；L1、L2、L3通過一個(gè)三相交流接觸器（KMl)，連接到整流/回饋單元的R、S、T端子上。整流/回饋單元的直流輸出（DC+、DC-)連接到逆變單元的輸入端（DC+、DC-)。
[0019]其中三相交流接觸器的線圈（A1、A2)連接到控制單元的“市電控制”與“C0M1”輸出端；整流/回饋單元的“啟?！迸c“C0M1”輸入信號(hào)連接到控制單元的“整流單元啟?！迸c“COM2”控制端；整流/回饋單元的“故障輸出”端與逆變單元的“故障輸出”端串聯(lián)后，連接到控制單元的“故障輸入”信號(hào)端。
[0020]太陽能發(fā)電部分電路設(shè)有太陽能電池板、匯流箱、控制單元、蓄電池，具體結(jié)構(gòu)如下：
太陽能電池板通過串并聯(lián)后，連接到匯流箱。匯流箱輸入側(cè)為并聯(lián)若干個(gè)太陽能電池板的組串（PVnl、PVn)，匯流箱的輸出（DC+、DC-)為所有電池板串并聯(lián)后匯流的直流電，連接到控制單元的（S+、S-)輸入。
[0021]控制單元輸入側(cè)（S+、S-)連接匯流箱的直流輸出（DC+、DC-)，還有兩個(gè)端口（C+、C-)連接蓄電池，兩個(gè)端口 DC+、DC-連接逆變單元的DC+、DC-輸入端。市電供電的整流/回饋單元的直流輸出DC+、DC-與控制單元的兩個(gè)直流輸出DC+、DC-并聯(lián)，共同連接到逆變單元的DC+、DC-輸入端。
[0022]其中控制單元的四組控制端:“市電控制”與“C0M1”連接交流接觸器(KMl)的控制線圈A1、A2端；“整流單元啟?！迸c“COM2”控制端連接整流/回饋單元的“啟停”與“C0M1”輸入端；“逆變單元啟停”與“COM3”控制端連接逆變單元的“啟?！迸c“C0M1”控制端；“故障輸入”與“COM4”連接整流/回饋單元故障輸出與逆變單元故障輸出兩者串聯(lián)后的信號(hào)。
[0023]逆變單元的DC+、DC_輸入端并行連接市電整流/回饋單元的直流輸出DC+、DC_與控制單元的直流輸出DC+、DC-。輸出端U、V、W連接拖動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。
[0024](二)工作原理
市電部分電路原理如下:
三相380V交流電通過整流/回饋單元內(nèi)部IGBT的續(xù)流二極管整流，將交流電進(jìn)行全橋整流，輸出直流電壓在537V左右。若太陽能發(fā)電較多，逆變單元無法完全消耗時(shí)，母線電壓會(huì)升高，整流/回饋單元檢測到直流電壓達(dá)到一定值后，控制IGBT導(dǎo)通與關(guān)斷，把多余的電能向電網(wǎng)輸送。
[0025]太陽能發(fā)電部分電路原理如下:
太陽能電池板利用光生伏打效應(yīng)，將太陽光的能量轉(zhuǎn)換為直流電，太陽能電池板通過串聯(lián)得到系統(tǒng)需要的電壓，在匯流箱并聯(lián)得到系統(tǒng)需要的電流。直流電通過控制單元可以向蓄電池充電，也可以向逆變單元供電。
[0026]逆變單元內(nèi)部控制電路根據(jù)系統(tǒng)的要求，控制IGBT導(dǎo)通與關(guān)斷，將直流電轉(zhuǎn)換成變頻變壓的交流電驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，使電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)負(fù)載旋轉(zhuǎn)。
[0027](三)工作過程
系統(tǒng)首先接入三相工頻電，閉合QF1，QF2，使控制單元投入工作。如果太陽能電池板進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)，則控制單元將對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。若此時(shí)逆變單元需要供電，則控制單元先對(duì)逆變單元供電。若太陽能發(fā)電量不足，不能滿足逆變單元的用電量，則交流接觸器吸合，三相工頻電接入系統(tǒng)為逆變單元供電。
[0028]當(dāng)蓄電池充滿電后，逆變單元若需要供電,則僅為逆變單元供電。若逆變單元不需要供電或太陽能發(fā)電量過多，逆變單元不能完全消耗的情況下，交流接觸器吸合，整流/回饋單元檢測到系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)，則將直流電回饋到電網(wǎng)。
[0029]若蓄電池電量被耗盡，太陽能發(fā)電量不能夠滿足逆變單元的需求。此時(shí)控制單元檢測到系統(tǒng)的狀態(tài)后，先控制交流接觸器吸合，讓三相工頻電接入系統(tǒng)。之后控制單元切斷蓄電池(即太陽能電池板)的供電。
[0030]若蓄電池充滿后，先使蓄電池(即太陽能電池板)的直流電投入逆變單元的供電，然后再斷開交流接觸器，切斷三相工頻電的供電。
【權(quán)利要求】
1.一種太陽能供電及發(fā)電一體化的變頻系統(tǒng)，其特征在于：該系統(tǒng)由太陽能電池板、匯流箱、控制單元、蓄電池(可以省略)、整流/回饋單元、逆變單元組成。
2.按照權(quán)利要求I所述的太陽能供電及發(fā)電一體化的變頻系統(tǒng)，其特征在于：控制單元可以對(duì)交流接觸器、整流/回饋單元、逆變單元進(jìn)行控制，可檢測整流/回饋單元和逆變單元的運(yùn)行狀態(tài)。
3.按照權(quán)利要求2所述的太陽能供電及發(fā)電一體化的變頻系統(tǒng)，其特征在于：控制單元采用MPPT控制方式，且具有為蓄電池充電和對(duì)逆變單元供電的功能。
4.按照權(quán)利要求2所述的太陽能供電及發(fā)電一體化的變頻系統(tǒng)，其特征在于：控制單元根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行情況，控制交流接觸器在太陽能發(fā)電量不足時(shí)，由市電為逆變單元供電。
5.按照權(quán)利要求2所述的太陽能供電及發(fā)電一體化的變頻系統(tǒng)，其特征在于：控制單元根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行情況，控制交流接觸器在太陽能發(fā)電充足，但蓄電池沒有充滿時(shí)切斷市電，使市電不會(huì)對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。
6.按照權(quán)利要求2所述的太陽能供電及發(fā)電一體化的變頻系統(tǒng)，其特征在于：控制單元根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行情況，控制交流接觸器在蓄電池充滿、太陽能發(fā)電無法被逆變單元消耗時(shí)接入市電，使多余的電能通過整流/回饋單元輸送到市電電網(wǎng)。
7.按照權(quán)利要求I所述的太陽能供電及發(fā)電一體化的變頻系統(tǒng)，其特征在于：整流/回饋單元可以將三相交流電整流成直流電，也可以將直流電逆變成三相交流電，向電網(wǎng)輸送電能。
8.按照權(quán)利要求I所述的太陽能供電及發(fā)電一體化的變頻系統(tǒng)，其特征在于：系統(tǒng)市電的切入與斷開采用在整流/回饋單元前加接觸器或類似的元件。
9.按照權(quán)利要求I所述的太陽能供電及發(fā)電一體化的變頻系統(tǒng)，其特征在于：逆變單元的直流母線輸入采用市電與太陽能發(fā)電并聯(lián)供電。
10.按照權(quán)利要求I所述的太陽能供電及發(fā)電一體化的變頻系統(tǒng)，其特征在于：太陽能發(fā)出的直流電并入蓄電池或電容等其他儲(chǔ)能、濾波元件后，向逆變單元供電。
【文檔編號(hào)】H02J7/35GK103779952SQ201410056432
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年2月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月20日
【發(fā)明者】張立偉 申請(qǐng)人:張立偉